Summary
Elektrokardiyogram (EKG) kardiyak elektrofizyolojiyi anlamada anahtar değişkendir. Fiziksel egzersizin yararlı etkileri vardır, ancak kardiyovasküler hastalıklar bağlamında da zararlı olabilir. Bu makale, egzersiz sırasında farelerde kardiyak elektrofizyoloji üzerindeki etkilerini araştırmaya hizmet edebilecek gerçek zamanlı EKG'yi kaydetme yöntemini sunmaktadır.
Abstract
Düzenli fiziksel egzersiz, çeşitli metabolik ve elektrofizyolojik süreçleri etkileyen, kardiyovasküler sağlığa önemli bir katkıda bulunur. Bununla birlikte, kalıtsal aritmi sendromları gibi bazı kalp hastalıklarında, örneğin aritmojenik kardiyomiyopati (ACM) veya miyokardit, fiziksel egzersizin kalp üzerinde proaritmojenik substrat üretimine yol açan olumsuz etkileri olabilir. Şu anda, egzersizle ilişkili proaritmojenik yeniden yapılanmanın altında yatan moleküler mekanizmalar büyük ölçüde bilinmemektedir, bu nedenle hastalık (lar) bağlamında egzersizin hangi sıklığının, süresinin ve yoğunluğunun güvenli kabul edilebileceği belirsizliğini korumaktadır.
Önerilen yöntem, koşu bandı antrenmanını EKG'nin gerçek zamanlı izlenmesi ile birleştirerek fiziksel egzersizin proaritmik / antiaritmik etkilerini incelemeye izin verir. İmplante edilebilir telemetri cihazları, serbest hareket eden farelerin EKG'sini hem istirahatte hem de koşu bandı eğitimi sırasında 3 aya kadar bir süre boyunca sürekli olarak kaydetmek için kullanılır. Analiz modülleri ile veri toplama yazılımı, kalp atış hızı, P dalga süresi, PR aralığı, QRS aralığı veya QT süresi gibi temel EKG parametrelerini istirahatte, antrenman sırasında ve sonrasında analiz etmek için kullanılır. Ayrıca kalp hızı değişkenliği (HRV) parametreleri ve aritmi oluşumu değerlendirilir. Kısacası, bu makalede, fare modellerinde potansiyel proaritmojenik yeniden yapılanma da dahil olmak üzere, kardiyak elektrofizyoloji üzerindeki egzersize bağlı etkileri deneysel olarak araştırmak için adım adım bir yaklaşım açıklanmaktadır.
Introduction
Sağlıklı bir yaşam için düzenli fiziksel aktivite önemlidir. Bununla birlikte, bazı kardiyovasküler koşullar, bu sağduyu anlaşmasının en azından sorgulanabilir olduğu durumlara yol açmaktadır. Miyokarditli hastalarda, mevcut veriler egzersizin olumsuz etkilerini bile göstermektedir ve bu nedenle, bu hastalarda tüm egzersizin belirli bir süre duraklatılması önerilir 1,2,3. Kalıtsal aritmi sendromları gibi diğer kardiyovasküler hastalıklarda (KVH), uygun egzersiz düzeyine ilişkin nispeten daha az kanıt vardır4,5,6,7, bu da bu vakalarda, çoğunlukla genç ve fiziksel olarak aktif hastalar için klinik danışmanlığı çok zorlaştırmaktadır.
Kontratilitenin azalmasına ve kalp yetmezliğine yol açan advers yeniden şekillenme ve aritmilere ve ani kardiyak ölüme yol açan proaritmojenik yeniden şekillenme, kalp üzerinde egzersize bağlı zararlı etkilerin ayırt edici özellikleri olarak önerilmiştir8. Çok sayıda çalışma, ılımlı egzersizin geniş bir farklı hastalık spektrumu üzerindeki yararlı etkilerini göstermektedir 9,10. Bununla birlikte, kapsamlı antrenman, özellikle sağlıklı sporcularda aritmilere yol açan kalp üzerinde zararlı etkilere sahip olabilir11. Savunmasız bir proaritmik substrat üretimine yol açan yapısal yeniden yapılanma süreçleri, maraton koşucuları12'de gösterildiği gibi bu paradoks durumun altında yatıyor olsa da, hem sağlıklı insanlarda hem de kardiyovasküler hastalıkları olan hastalarda egzersizle ilgili olumsuz yeniden yapılanmanın spesifik mekanizmaları büyük ölçüde bilinmemektedir.
Hayvanlarda, özellikle farelerde, çok çeşitli kardiyovasküler hastalıkları taklit etmek için birkaç uygun model geliştirilmiştir13,14. Ayrıca, 15,16,17 numaralı farelerde, motorlu koşu bandı eğitimi, gönüllü tekerlek koşusu (VWR) ve yüzme 17,18 dahil olmak üzere çeşitli egzersiz modelleri ve eğitim protokolleri oluşturulmuştur. Kardiyak elektrofizyolojinin EKG monitörizasyonu ile değerlendirilmesi klasik olarak hayvan ile bir tür tespit cihazı arasında doğrudan iletken bir bağlantıya bağlıdır. Bu nedenle, örneğin keskin elektrotlar19 kullanılarak EKG kayıtları elde etmek için hayvanların uyuşturulması gerekir veya hayvanların bir kısıtlayıcı 20 tarafından hareketsiz hale getirilmesi gerekir veya örneğin pençe-elektrotlar 21 veya iletken platformlar22 kullanıldığında sadece temel analize izin veren hareket artefaktları nedeniyle veri kalitesi azalır. Bu nedenle, yukarıda belirtilen yaklaşımların hiçbiri eğitim protokolleriyle uyumlu değildir ve sonuç olarak farelerde olumsuz yeniden şekillenmeye yol açan egzersizle ilgili mekanizmalar üzerine yapılan çalışmaları engellemektedir. İmplante edilebilir telemetri cihazları bu engellerin üstesinden gelebilir ve günümüzde bilinçli ve hareketli hayvanlarda murin elektrofizyolojisini in vivo olarak değerlendirmek için en güçlü araç ve altın standarttır23,24. Mevcut telemetri donanım çözümleri, kafeslerindeki fareleri25,26 izlemek için geliştirilmiştir ve genellikle veri toplama için kafesin altına bir alıcının yerleştirilmesini gerektirir, böylece bu koşullar dışında gerçek zamanlı izlemeyi zorlaştırır. Burada, implante telemetri cihazları kullanan farelerde koşu bandı eğitimi sırasında gerçek zamanlı EKG kaydı ile egzersizin kardiyak elektrofizyoloji ve aritmogenez üzerindeki etkilerini araştırmak için bir yaklaşım sunuyoruz. Elde edilen tüm parametreler Tomsits ve ark.23 tarafından daha önce tarif edildiği gibi analiz edilmiştir.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Tüm hayvan prosedürleri, Münih Üniversitesi Hayvan Bakımı ve Etik Komitesi'nin yönergelerine uygun olarak yürütülmüş ve tüm prosedürler Bavyera, Münih, Almanya Hükümeti tarafından onaylanmıştır (ROB-55.2-2532.Vet_02-16-200). Bu çalışmada dört erkek vahşi tip şirket içi yetiştirilmiş C57BL / 6N faresi kullanılmıştır.
1. Vericinin hazırlanması ve cerrahi implantasyonu
NOT: Verici hazırlama ve implantasyonun ayrıntılı bir protokolü için McCauley ve ark.26'ya bakınız.
- Vericinin hazırlanması
- Yeni vericiler steril oldukları için doğrudan kullanın. Vericiler tekrar kullanılırsa, kan lekelerinden kurtulmak için cihazı tuzlu suya yerleştirerek temizleyin, vericiye ve kurşun elektrotlara yapışan doku parçalarını çıkarın. İlk temizliğin ardından, gerekirse, transmitteri daha fazla temizlemek için transmitteri 4 saat boyunca %1'lik bir temizleme çözeltisine (bakınız Malzeme Tablosu) batırın.
- Birlikte verilen mıknatısı yakın bir yere yerleştirerek vericiyi etkinleştirin. Aktivasyonu takiben, vericiden gelen sinyali 530 Hz frekansında bir radyo cihazı kullanarak test edin. Keskin ve net bir bip sesi, vericinin etkinleştirildiğini gösterirken, devre dışı bırakılmış bir verici herhangi bir sinyal vermez.
- Cerrahi hazırlık ve implantasyon
NOT: Tüm cerrahi işlemler temiz ve steril koşullarda yapılmalıdır.- Kullanmadan önce tüm yüzeyleri ve yeniden kullanılabilir ekipmanları dezenfekte edin ve gazlı bez, eldiven vb. gibi steril tek kullanımlık malzemeler kullanın.
- Vericinin uçlarını optimum uzunluklara kısaltarak hazırlayın, negatif (beyaz) kurşun yaklaşık 3,5 cm ve pozitif (kırmızı) kurşun 2,5 cm'ye kadar kısaltın. İletken telin 5-7 mm'sini açığa çıkarmak için küçük bir kesim yaparak elektrotların ucundaki kırmızı ve beyaz yalıtım kılıfını çıkarın.
NOT: Bu uzunluklar, ~25 g ağırlığındaki 9-12 haftalık BALB/c veya C57BL/6 fareler için önerilir. Çalışmada kullanılan hayvanların daha büyük / daha ağır olup olmadığını ayarlayın. - Vericinin ağırlığına ve farenin vücut ağırlığına dikkat edin. Ayrıca, DSI tarafından sağlanan vericinin seri numarasını ve kalibrasyon değerlerini de not edin.
NOT: Hayvanın vücut ağırlığı, anestezik ve analjezik dozlarını hesaplamak için kullanılır. İlk vücut ağırlığı, ameliyat sonrası hayvan iyileşmesini değerlendirmek için referans olarak da kullanılır. - Fareyi, 1 L/dak %100 oksijenle tahrik edilen %2-%3 izofluran (vol/vol) ile yıkanmış bir izofluran buharlaştırıcısına bağlı bir indüksiyon odasında uyuşturun. Tam narkoz başlangıcını bekleyin ve devam etmeden önce narkozun uygun derinliğini sağlamak için ayak parmağını kıstırma ve kapak refleksini kontrol edin.
- Daha sonra, anestezi uygulanan hayvanı sırtüstü pozisyonda yerleştirin ve işlem sırasında göz kuruluğunu önlemek için merhem kullanın ( bkz. Farenin vücut ısısını 37 ° C'de tutmak için cerrahi prosedürü cerrahi bir süit üzerinde temiz koşullar altında gerçekleştirin. Sıcaklık sensörü olarak bir rektal prob takın.
- Sürekli izofluran (%1.5-%2) uygulaması ile anesteziyi sürdürün. Analjezi için intraperitoneal olarak fentanil (0.50 μg / g) enjekte edin. Ameliyathaneye fazla gaz girmesini önlemek için havalandırma kurulumuna bir adsorber bağlayın (tavsiye edilir).
- Ameliyat sırasında EKG'yi izlemek ve temel EKG elde etmek için bir kurşun I EKG konfigürasyonu elde etmek için her iki kola iğne EKG elektrotları ve topraklama elektrodunu farenin sol bacağına yerleştirin.
- Karın ve göğsü tıraş edin ve klorheksidin / alkol kullanarak ameliyat alanını dezenfekte edin (bkz. Cildi sıkılaştırmak için cımbız kullanın ve makas (laparotomi) kullanarak 1.5-2 cm'lik ventral orta hat karın insizyonu yapın.
- Şekil 1'de gösterildiği gibi, elektrot uçlarını yerleştirmek için sağ üst göğüste ve sol alt göğüste kalbin altında deri altı bir cep (yaklaşık 1 mm) yapın.
- Verici gövdesini yavaşça bağırsağın üstündeki peritona yerleştirin. Elektrot konumlandırması için bir tünel oluşturmak üzere sağ üst göğüsteki her iki cepten ve daha önce yapılmış sol alt göğüs cebinden deri altından 14 G'lik bir iğne yerleştirin.
- Kırmızı ve beyaz elektrotları kurşun II konfigürasyonuna yerleştirmek için iğne boyunca yönlendirin. Elektrot uçlarını 6.0 dikiş, sol alt göğüste pozitif elektrot (kırmızı) ve sağ üst göğüste negatif elektrot (beyaz) ile konumlandırın ve sabitleyin.
- Tüm insizyonları 6.0 dikiş kullanarak dikin ve yaraların üzerine dezenfektan uygulayın (bkz. Hayvanı bir kurtarma kafesine (sadece bir hayvan / kafes) taşıyın ve narkozun tamamen iyileşmesine kadar vücut ısısını korumak için bir ısı kaynağının altına yerleştirin. Sadece tam iyileşme ve sternal yatmayı sürdürme yeteneğinden sonra, gerekirse hayvan tekrar şirkete yerleştirilebilir.
- Hayvana ameliyat sonrası yeterli dozda analjezik ve antibiyotik sağlayın. Analjezik olarak carprofen (5 μg / g) ve antibiyotik olarak enrofloksasin (5 μg / g) kullanın. Enflamasyon veya yara ayrışması oluşmadığından emin olmak için yarayı düzenli aralıklarla izleyin.
- Ameliyat sonrası 7-10 günlük iyileşme döneminden sonra, hayvan koşu bandı eğitimine girmeye hazırdır. Eğitime başlamadan önce yaraların uygun şekilde iyileştiğinden ve farenin sağlıklı olduğundan emin olun.
NOT: Deney süresinin tamamlanmasından sonra, telemetri vericilerinin kullanımı belirli bir ötenazi yöntemi gerektirmez. Yöntem seçimi, sonraki analizlere ve doku durumu için özel gerekliliklerine, ayrıca yerel hayvan bakım kurallarına ve düzenlemelerine ve ilgili yerel etik kurulun onayına bağlıdır.
2. Veri toplama
- Ön düzenlemeler
- Veri toplamayı başlatmak için, hayvan kafesini sinyal alıcısına yerleştirin. Sinyal alıcısını bir veri değişim matrisi ve bir sinyal arayüzünden oluşan veri toplama sistemine bağlayın. Veri görselleştirme için veri toplama sistemini satın alma yazılımıyla bir bilgisayara bağlayın ( Şekil 2A'daki kurulum ayrıntılarına bakın).
- Yazılımı başlatın ve aşağıdaki ekranda kullanıcı adı ve lisansı onaylayın ve ardından Devam'ı tıklatın. Verici ve sinyal alıcı cihazını kurmak için Donanım'a tıklayın. Bir yapılandırma penceresi açmak için Edit Physio Tel/HD (MX2) Configuration ( Fizyo Tel/HD (MX2) Yapılandırmasını Düzenle) öğesini seçin.
- Kullanılabilir sütunda mevcut tüm vericileri ve seri numaralarını görmek için yapılandırma sekmesinin liste görünümünde MX2 Yapılandırması'nı seçin. İmplante edilmiş vericiyi tıklatıp kullanılabilir sütundan seçili sütuna sürükleyin.
NOT: Bir verici seçili sütunda listeleniyorsa, en soldaki yapılandırma sekmesindeki MX2 yapılandırmasına da eklenir. - Vericinin seri numarasının yanındaki renkli simgeler durumu gösterir. Tüm vericiler için durumu kontrol edin: onay işaretli yeşil = verici senkronize ve hazır; ünlem işaretli kırmızı = verici şu anda kullanılamıyor, örneğin şu anda başka bir sistemdeki bir deneyde yapılandırılmış; sarı = verici senkronize oluyor veya bağlı herhangi bir alıcı yok. Nominal veri aktarımını gösteren yeşil ışık olduğundan emin olun.
- Vericiyi yapılandırmak için, eklenen vericinin seri numarasını seçin ve Yeni İmplant Oluştur'a tıklayın. İmplant ayrıntılarını görmek için implant modelinin açılır menüsünden ETA-F10'u seçin.
- İmplantla ilişkili alıcı(lar)ın en soldaki menüsünden alıcının modelini ve seri numarasını seçin. Takılı ve bağlı alıcıların listesi bu menünün altında bir onay kutusuyla birlikte görünür.
- İmplante edilen vericiye bir sinyal alıcısı atamak için ETA İmplantı Ara'ya tıklayın. Sinyal türü menüsünü açın ve 1.000 Hz örnekleme hızına sahip EKG'yi seçin. İmplantın ambalajının arkasındaki kalibrasyon değerlerini girin. Kaydet ve Çık'ı seçin.
- Menü çubuğunda Kurulum'a tıklayın ve Subject Setup'ı (Konu Kurulumu) seçin. Konu ayrıntılarını içeren bir iletişim kutusu görüntülenir. Konu kurulumuna kaydedilecek istediğiniz dosya adını girin.
- Hayvanın cinsiyetini seçin ve türlerin açılır menüsünden Fare'yi seçin. Analiz açılır menüsünü açın ve EKG (modül) öğesini seçin. İsterseniz varsayılan etiketlemeyi EKG ve üniteleri mV olarak değiştirin. EKG'nin yanındaki Tetikleyiciyi seçin.
- Kanal ayrıntıları menüsünü açmak için en sağdaki menüde konu adının altındaki EKG'ye tıklayın. Num (Döngü numarası), HR (Kalp atış hızı) gibi istenen EKG Parametrelerini veya PR-I, QT-I, RR-I, QRS gibi aralıkları seçin. parametre listesinden.
- Ekranı ayarlamak için menü çubuğunda Kurulum'u tıklayın ve Deneme Kurulumu'nu seçin. Bir kurulum iletişim kutusu görüntülenir. EKG sinyalleri ve türetilmiş parametreler (ör. XY döngüsü, İK eğilimi) gibi ham verileri sağlayan 16 adede kadar grafik penceresi tanımlamak için en sağdaki menüden Grafik Kurulumu'nu seçin. EKG'yi görüntülemek için, sayfa 1 için Sayfayı Etkinleştir onay kutusunu seçin.
- Aynı anda gerçek zamanlı EKG kaydı ile koşu bandı eğitimi
- Antrenman sırasında gerçek zamanlı EKG izleme ile 2 şeritli bir koşu bandı için Şekil 2B'de gösterildiği gibi bir deney düzeneği hazırlayın.
NOT: Eğitim için 5 şeritli bir kemirgen koşu bandı (bakınız Malzeme Tablosu) önerilir. Kurulum, beş çalışma bölmesine bölünmüş bir konveyör bandından ve dokunmatik ekranlı bir kontrol ünitesinden oluşur. Her bir çalışma bölmesi, konveyör bandına monte edilmiş, kapaklı şeffaf bir Pleksiglas kutudan oluşur. Her bölmede, kısa elektrik darbelerinin hayvanın çalışmasını sağlamak için uyaran görevi gördüğü bir elektrik çarpması ızgarası vardır. Her bölme, şok yoğunluğunun bölmeye özel olarak ayarlanmasını sağlamak için kontrol ünitesine ayrı ayrı bağlanır. Kontrol ünitesi mesafe koşusunu, şok sayısını ve toplam şok süresini görüntüleyebilir. Tüm bölmeler aynı konveyör bandını paylaştığından, hız ve eğim yalnızca tüm bölmeler için aynı anda ayarlanabilir. - Eğitim sırasında iyi sinyal iletimini sağlamak için, sinyal alıcısını Şekil 2B'de gösterildiği gibi hayvanla birlikte koşu şeridini oluşturan kutunun üzerine yerleştirin. Sinyal alıcısının koşu şeridindeki tam konumu, farklı sinyal/gürültü oranları nedeniyle bireysel hayvanlar arasında farklılık gösterir.
- Sinyal alıcısını, çalışma şeridinde en uygun konum bulunana kadar hareket ettirin. Bunu, eğitim altındaki bir hayvanla bir test deneyi yaparak yapın ve en iyi sinyal/gürültü oranına sahip konumu not edin. Gerçek deneme için bu en uygun konumu kullanın.
NOT: Sinyal alıcısının büyüklüğü ve alıcının normal olarak çalışma şeritlerinin eksenine yerleştirilmesi nedeniyle ( Şekil 2B'de gösterildiği gibi), bu konfigürasyonda EKG izleme ile aynı anda sadece iki hayvan eğitilebilir.
- Sinyal alıcısını, çalışma şeridinde en uygun konum bulunana kadar hareket ettirin. Bunu, eğitim altındaki bir hayvanla bir test deneyi yaparak yapın ve en iyi sinyal/gürültü oranına sahip konumu not edin. Gerçek deneme için bu en uygun konumu kullanın.
- Koşu bandı eğitimini aşağıdaki iki aşamaya bölün.
- İklimlendirme aşaması: hayvanın eğitim koşullarına adapte olduğu süre. Tablo 1'de gösterildiği gibi 1 haftalık bir iklimlendirme protokolünü, açıklandığı gibi her gün için koşu hızı ve antrenman süresi ile gerçekleştirin.
- Eğitim aşaması: İklimlendirme sonrası hayvanı toplam X gün boyunca günde sabit bir süre boyunca sabit bir hızda eğitin. Bu protokol için, 3 hafta boyunca 25 cm / s sabit hız ve 60 dakika / gün süre ile 5 günlük bir eğitim rejimi uygulayın (Tablo 2). 5 günlük eğitimden sonra, bir sonraki eğitim haftasından önce 2 günlük bir mola verin.
NOT: X, toplam eğitim gün sayısını tanımlar ve deneysel hedefe göre tanımlanır.
- Koşu bandını açın. Koşu bandının eğimini, hızını ve şok yoğunluğunu antrenman protokolüne göre ayarlayın. Orta derecede stres seviyesine yol açan 5°'lik yukarı doğru bir eğim kullanın (önerilir). İklimlendirme aşaması ve eğitim aşaması için aynı eğimi kullanın.
NOT: Koşu bandının eğimi antrenman yoğunluğunu tanımlar; İstediğiniz eğimi seçin. Eğitim protokolü deneysel hedefe göre değişebilir. - Kontrol ünitesindeki Ayarlar'a basın ve Grid Test ( Grid Test) öğesini seçin. Bu, bir ızgara boyutu seçim ekranı açar. Fareler'i seçin. İki alt testle birlikte bir Grid test ekranı görünecektir: şok testi ve temizleme testi. Şok testine başlamak için Başlat'a basın. Kullanıcıyı, test şokları konusunda uyaran bir mesaj görüntülenir. Teste başlamak için ekrana dokunarak uyarıyı onaylayın.
- Koşu bandı ile birlikte verilen sünger aksesuarının iletken kısmını koşu bandının ızgarasına yerleştirin. Ekranda Pass (Geçti ) sözcüğü görünene kadar yerleştirin. Bunun gibi tüm ızgaraları test edin. Test, tüm şeritler başarıyla geçtikten sonra otomatik olarak sona erer, ancak Durdur düğmesine basılarak kullanıcı tarafından herhangi bir zamanda durdurulabilir.
- Temizleme testine devam etmek için >> düğmesine ve Başlat'a basın ve testin çalışmasını bekleyin. Bu test aynı zamanda tüm şeritler geçer geçmez otomatik olarak duracaktır. Test başarısız olursa, ekranda bir uyarı mesajı görünecektir. Sonucu görmek için mesaja dokunun.
NOT: Bu testler, şebekenin temizliğini ve işlevini kontrol etmek için yapılır. İyi hayvan tespiti sağlamak için ızgaralar temiz olmalı ve daha sonra gerekirse elektriksel uyaranın doğru bir şekilde iletilmesini sağlamalıdır. Test başarısız olursa, ızgaraları temizleyin, tüm kabloların düzgün bağlanıp bağlanmadığını kontrol edin ve testi tekrarlayın. - Hayvanı koşu bölmesine aktarın. Sinyal alıcısını şeffaf kutunun üzerine yerleştirin ve sinyal alıcısını bağlantı kablosu aracılığıyla , bir veri değişim matrisi ve bir sinyal arayüzünden oluşan veri toplama sistemine bağlayın, bu da deney sırasında EKG sinyalini görüntülemek için çalışan edinme yazılımı ile bir bilgisayara bağlanır.
- Çalışma moduna girmek için Başlat'a basın. Hayvanlar, elektrik şebekesiyle temas ettiğinde kısa bir elektriksel dürtü alacak ve bu da hayvanı koşu şeridine doğru iletecektir. 0,1 mA'lık minimum şok yoğunluğu kullanın. Bu, hayvanları motive etmek için yeterlidir, ancak EKG kaydında görünmez. Motive tutmak için yiyecek topaklarını hayvanın görüş alanındaki koşu çizgilerinin dışına yerleştirmeyi deneyin.
NOT: Üretici tarafından elektrik şokları için verilen aralık 0,1 mA-2 mA'dır. Farklı fare suşlarında veya farklı deneysel koşullar altında şok yoğunluğunda artış gerekli olabilir, ancak mümkün olan en düşük şok yoğunluğunu kullanmanızı öneririz. Alternatif olarak, genel elektrik şoklarını azaltmak için, hayvanı hafifçe iterek, örneğin pamuklu kulak tomurcuklarıyla veya yumuşak bir basınçlı hava üflemesiyle uyararak koşu şeridinde tutmaya çalışın. Hayvanlar iyi eğitilirse, elektrik şebekesi ve koşu şeridi, istenmeyen şokları önlemek için bir parça Strafor ile ayrılabilir. - Bir hayvan antrenman yapmazsa ve elektrik çarpmasıyla bile motive edilemezse, deneyin ilk 15 dakikasında herhangi bir iyileşme olmazsa, o gün için eğitim protokolünden çıkarın.
- Tamamlandığında, hayvanın kafese geri aktarmadan önce eğitim sonrası 5 dakika dinlenmesine izin verin. Sinyal alıcısını şeffaf kutudan çıkarın ve Şekil 2A'da gösterildiği gibi kafesin altına geri yerleştirin. İstenmeyen şokları önlemek için koşu bandını kapatın.
- Koşu bandı kayışını, koşu bölmelerini ve elektrik şebekesini alkolsüz temizlik maddesi ile temizleyin. Temiz şeritler daha iyi antrenman sonuçları sağlar.
NOT: Eğitim sırasında, hayvanlar kirli şeritlerde koşmayı bıraktığından şeritleri sürekli temizlemek önemlidir. Eğitim sırasında hayvan dışkısından kurtulmak için pamuklu kulak tomurcukları kullanıyoruz.
- Antrenman sırasında gerçek zamanlı EKG izleme ile 2 şeritli bir koşu bandı için Şekil 2B'de gösterildiği gibi bir deney düzeneği hazırlayın.
3. Veri analizi
NOT: Bireysel araştırma amaçlarına bağlı olarak, çeşitli parametreler elde edilebilir ve analiz edilebilir. Bu protokol iki yöne odaklanmaktadır: kantitatif EKG özelliklerinin analizi ve daha önce Tomsits veark.23 tarafından açıklanan bir yaklaşım kullanılarak eğitim öncesinde, sırasında ve sonrasında aritmilerin ortaya çıkması; ve kalp atış hızı değişkenliği analizi (HRV)27.
- EKG analizi
- Ayrıntılı bir açıklama için Tomsits et al.23'e bakınız. Kısacası, yazılımı başlatın, yazılım lisansının kullanıcı adını ve seri numarasını onaylayın ve Devam'a tıklayın.
- Uzantılı bir dosyayı açmak için. PnmExp, Deneme Yükle'ye tıklayın. Klasöre gözat iletişim kutusu açılır, dosyayı seçin ve Aç'a tıklayın.
- Araç çubuğunda İşlemler / İncelemeyi başlat'a gidin ve daha önce seçilen denemedeki tüm konulara ve kaydedilen sinyallerine genel bir bakış sağlayan Yük İnceleme Verileri iletişim kutusunu seçin.
- Ekranın sol tarafındaki Konular panelinde adının yanındaki onay kutusunu tıklayarak analiz edilecek dosyayı seçin. EKG'yi analiz etmek için, sinyal türleri panelinde EKG'nin yanındaki onay kutusunu seçin.
- Kaydın tamamını seçin veya zaman aralığı seçeneğini kullanarak bir aralık veya süre tanımlayın. Seçilen veri kümesini incelemeye yüklemek için Tamam'a tıklayın ve olaylar ve parametreler için pencereler otomatik olarak açılır.
- EKG'yi görüntülemek için, yeni bir pencere açmak üzere menü araç çubuğundaki Grafik Kurulumu'na tıklayın. Sinyal türü'nde Birincil'i seçin, Saat 0:00 :00:01 girin ve ardından ilgili metin kutularını girerek istediğiniz Etiketleme, Ekran birimi ve Düşük ve Yüksek eksen sınırlarını seçin. Sayfayı Etkinleştir onay kutusunu tıklatarak onaylayın ve tanımlı EKG izleme penceresi görünür.
- EKG'nin X ekseni ve Y ekseni boyutlarını çift tıklatarak ayarlayın. Dalga ek açıklamasını göstermek ve izlemenin her bir segmentini, P, Q, R, T dalgasını doğru bir şekilde tanımak ve açıklama eklemek için izlemeye sol tıklayın.
NOT: Ek açıklamalar doğru değilse, optimize etmek için QRS, PT, Gelişmiş, Gürültü, İşaretler, Notlar, Hassasiyet gibi çeşitli seçenekler kullanılabilir, örneğin sağ tıklamayı kullanarak Analiz / Öznitelikler seçeneği. Ayrıntılı bir açıklama için Tomsits et al.23'e bakınız. - Parametre penceresinden gerekli EKG parametrelerini seçin ve daha fazla analiz için bir elektronik tabloya veya istatistik yazılımına kopyalayın.
- Aritmi tespiti
- Aritmi tespiti için Deneme/Veri İçgörüleri'ne tıklayarak yeni bir veri içgörüsü penceresi açın.
- Kaydı arama panelinde görüntülemek için özelleştirilmiş arama kuralları tanımlayın. Arama listesinde sağ tıkladıktan sonra Yeni Arama Oluştur'u seçerek yeni bir arama oluşturun.
- Giriş iletişim kutusunun açılır menüsünde, ilgili arama kuralını tanımlayın ve bu arama kuralını listeye eklemek için Tamam'a tıklayın. Arama kurallarını uygulamak için, kuralları tıklayıp soldaki ilgili kanala sürükleyin.
- Sonuçlar panelinde, EKG kaydında kuralın geçerli olduğu her bölüm görüntülenir. Farklı arama kuralları hakkında ayrıntılı bir genel bakış için Tomsits et al.23'e bakın. İki örnek kural için, bradikardi ve taşikardi, aşağıdaki tanım ve açıklamaya bakın.
NOT: Bu arama kuralları için, murin fizyolojik kalp atış hızı, Kaese ve ark.28'e göre, 82-110 ms'lik bir döngü uzunluğuna karşılık gelen 500-724 atım / dak olarak tanımlanmıştır.- Bradikardi: İki adımlı bir yaklaşımda, 120 ms'den daha uzun olan her bir RR aralığını tanımlayın. Bradikardi birden fazla uzatılmış RR aralığı gerektirdiğinden, bradikardi olarak yalnızca 120 ms'den daha uzun 20 ardışık RR aralığını tanımlamak için aşağıdaki gibi ek bir arama kuralı tanımlayın: Değer olarak Bradikardi-tek (HRcyc0) <500 ve Seri olarak Bradikardi (Bradikardi-tekli, 1) >=20. Bu arama kuralını listeye eklemek için Tamam'ı tıklayın.
- Taşikardi için aynı yaklaşımı izleyerek, Taşikardi-tek'i Değer (HRcyc0) >724 olarak tanımlayın, 82 ms'den kısa olan her bir RR aralığını tanımlayın ve ardından ek arama kuralını Taşikardi Seri (Taşikardi-tek, 1) > = 20 olarak ekleyin. Bu arama kuralını listeye eklemek için Tamam'ı tıklayın.
- Kalp atış hızı değişkenliği analizi
NOT: Kalp atış hızı değişkenliği (HRV) analizi, alma yazılımında yapılmaz ve verilerin alma yazılımından okunabilir bir biçimde dışa aktarılmasını gerektirir. Burada, yaygın olarak kullanılan Avrupa veri formatında (EDF) veri dışa aktarımı için kısa bir adım adım kılavuz sunuyoruz.- Yazılımı başlatın, kullanıcı adını ve seri numarasını onaylayın ve Devam'a tıklayın.
- EKG izlemesini örneğin HRV analizi için dışa aktarmak üzere Deneme'ye tıklayın ve EDF'ye Aktar'ı seçin. EDF'ye Aktar penceresinde, hayvan numarasını seçin, EKG'yi kontrol edin, verilerin dışa aktarılacağı bir zaman aralığı seçin ve Dışa Aktar'a tıklayın.
NOT: Yazılım tarafından ayarlanan dışa aktarılan zaman aralığında bir sınır yoktur, daha fazla verinin işlenmesi daha uzun sürecektir. İhracat işlemlerini bölümlere ayırmak da mümkündür, örneğin 24 saat, ve gerekirse daha sonraki bir zaman noktasında yeniden entegre etmek. - HRV analizi için kullanılan analiz yazılımını başlatın ( Malzeme Tablosuna bakın), Dosya'ya tıklayın ve istediğiniz EDF dosyasını yüklemek için Aç'ı seçin.
- HRV'ye tıklayın ve Ayarlar'ı seçin. Bu, çeşitli parametreleri ayarlamak için bir pencere açacaktır. Atım algılama altında, HRV analizinin yapıldığı türleri seçin. Türlerin seçimi, Analiz panelindeki histogram bölme genişliği, pRR eşiği ve SDARR ortalama değeri değerlerini önceden tanımlanmış bir standarda ayarlayacaktır.
- HRV'yi ve ardından Rapor Görünümü'nü seçin. Daha fazla istatistiksel analiz için sonuçları bir istatistik yazılımına kopyalayın.
- Sinyal kalitesi, eğitim aşamalarında önemli ölçüde daha düşük olabilir. Bu durumda, sonraki analizler için görünür P ve QRS içeren döngüleri manuel olarak seçin. Net P dalgaları olmadan bozuk veri işaretlerini ve veri işaretlerini analizden hariç tutun. Bunu, iyi veri noktalarını ortadan kaldırmaktan kaçınmak için deneyimli bir EKG analistinin dikkatli bir şekilde göz önünde bulundurarak yapın.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Bireysel araştırma hedeflerine bağlı olarak, elde edilen telemetri verilerinin sonraki analizleri büyük ölçüde farklılık gösterecektir. Burada, antrenman dönemlerinde kaydedilen kaliteli verileri elde ederek yöntemin fizibilitesini gösteriyoruz ve antrenman öncesinde, sırasında ve sonrasında EKG'lerin ve kalp atış hızı değişkenlik analizlerinin örnek sonuçlarını sunuyoruz. Veriler ortalama ± standart ortalama hatası (SEM) olarak sunulmuş, tüm istatistiksel analizler uygun bir istatistiksel yazılım ile yapılmıştır (bakınız Malzeme Tablosu). İstatistiksel anlamlılık öğrencinin t testi ile değerlendirildi. QT aralığı, Roussel ve ark. tarafından daha önce tartışıldığı gibi, QTc = QT / (√(RR / 100))29 formülü kullanılarak düzeltilmiştir.
Eğitim sırasında başarılı telemetrik EKG kaydı
Bu protokol ile Şekil 3'te gösterildiği gibi eğitim sırasında hayvanlarda net P, Q, R, S ve T dalgaları ile EKG verileri elde etmek mümkündür.
Bir hayvandan alınan tüm ölçümler aynı günden alınmıştır. Temel ölçümler, hayvanlar hala kalıcı barınaklarındayken eğitimden önce sabah 10'da ± 10 dakika önce alındı. Eğitim sırasındaki ölçümler 60 dakikalık antrenman seansının ortasından ± eğitimin üçüncü haftasında 3. günde 10 dakika, antrenman sonrası ölçümler antrenmandan sonraki 5 dakikalık dinlenme süresinden ve kalıcı konuta tekrar transfer edilmeden önce alınmış ve geri kazanılan ölçümler antrenmandan 1 saat sonra 1 saat ± 10 dakika alınmıştır. Analiz için EKG izlemenin uygun bölümleri, okuma ile ilgili olarak tanımlanan bu bölümlerden manuel olarak seçilmiştir, örneğin, Şekil 4'te sunulan veriler için 40 ardışık döngü.
EKG kaynaklı parametrelerin değerlendirilmesi
Veriler, Şekil 4'te örnek bir hayvan için gösterildiği gibi egzersiz öncesinde, sırasında ve sonrasında fizyolojik değişiklikleri analiz etmek için kullanılır. Kalp atış hızı (Şekil 4A), PR aralığı (Şekil 4B), QRS süresi (Şekil 4C) ve QTc aralığı (Şekil 4D), 40 ardışık EKG döngüsünün ortalaması ile değerlendirilir. Hayvan egzersiz yaparken kalp atış hızı yaklaşık 800 bpm'ye yükselir ve eğitimden sonra yavaş yavaş taban çizgisine doğru iyileşir. PR aralığı, QRS süresi ve QTc aralıkları stres altında kısalır ve stres sona erdiğinde taban çizgisine geri döner. Bir hayvandan örnek veriler gösterilmiştir.
Taşikardi tespiti
Arama tanımları, taşikardi ve bradikardi ataklarının tespiti için adım 3.2.4'te açıklandığı gibi kullanılmıştır. Şekil 5A , başlangıçta sinüs ritmini göstermektedir. Eğitim sırasında sinüs taşikardisinin temsili bir izi Şekil 5B'de gösterilmiştir. Bir hayvandan örnek veriler burada gösterilmiştir.
Kalp atış hızı değişkenlik parametrelerinin değerlendirilmesi ile veri kalitesi değerlendirmesi
HRV analizi, adım 3.3'te açıklandığı gibi yapılır. HRV analizi için 5 dakikalık bölümler Şekil 6'da sunulmuştur. Şekil 6A , bir deney boyunca tek bir hayvanın kalp atış hızını göstermektedir. Kalp atış hızı antrenman sırasında artar ve yavaş yavaş antrenman sonrası taban çizgisine döner, bu eğilim Şekil 6B'de gösterildiği gibi medyan RR aralığı ile de görselleştirilebilir. Şekil 6C , başlangıçta ve eğitim sırasında otomatik RR ek açıklaması ile elde edilen RR aralıklarının (SDRR) karşılaştırılabilir standart sapmasını göstererek veri kalitesini göstermektedir. Elde edilen veriler üç faredendir. SDRR, tüm interbeat aralıklarının (IBI) standart sapmasıdır ve yazılım tarafından otomatik olarak aşağıdaki formül kullanılarak ortalama IBI etrafındaki IBI varyansının pozitif karekökü olarak hesaplanır:
σx = 
Şekil 1: Telemetri vericisinin şematik gösterimi ve kurşun konumlandırması. Fare sırtüstü pozisyonda; verici intraperitoneal olarak yerleştirilir ve uçlar bir kurşun II konfigürasyonunda deri altından sabitlenir. Biorender ile oluşturulmuştur. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 2: Deney düzeneği . (A) Hayvan kafesinin altında tutulan sinyal alıcısı ile eğitimden önce ve sonra implante edilebilir telemetri kullanılarak EKG kaydı için kurulum. (B) Koşu bandı eğitimi sırasında gerçek zamanlı EKG izleme için kurulum. Optimum sinyal kalitesi için, sinyal alıcısı şeffaf kutunun üzerine yerleştirilir. Biorender ile oluşturulmuştur. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 3: Eğitim sırasında temsili EKG. Normal sinüs ritmi, P-dalgası, QRS ve T-dalgası büyük harflerle gösterilir, RR aralığı bir çubukla işaretlenir. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 4: Zaman içinde telemetri. Eğilim grafikleri, (A) kalp atış hızı (BPM) için temsili sonuçlar gösterir. (B) PR aralığı (ms). (C) QRS süresi (ms). (D) QTc Aralığı (ms) öncesi (başlangıç), sırasında (eğitim), eğitimden hemen sonra (eğitim sonrası) ve tam iyileşmeden sonra (iyileşti). Veriler, bir hayvandan ortalama 40 ardışık EKG döngüsü ile elde edilir. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 5: Eğitim öncesi ve sırasında temsili EKG'ler . (A) Antrenman öncesi sinüs ritmi. (B) Eğitim sırasında sinüs taşikardisi. Veriler bir hayvandandır. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 6: HRV analizi ile veri kalitesi değerlendirmesi . (A) Tek bir hayvanın egzersizden önce (başlangıç), egzersiz sırasında (eğitim) ve sonra (eğitim sonrası) temsili kalp atış hızı eğilimi. (B) Ortalama RR aralığı öncesi (başlangıç) ve eğitim sırasında (eğitim) ve tam iyileşmeden sonra (iyileşmiş), SEM'± ortalama olarak gösterilen, eşlenmemiş Öğrenci t-testi, ***p < 0.001. (C) SDRR öncesi (temel) ve eğitim sırasında (eğitim) ve tam iyileşmeden sonra (iyileşti), n = 3, SEM± ortalama olarak gösterilir. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.
| 5 günlük iklimlendirme aşaması | ||
| Gün | Hız (cm/sn) | Süre(dk) |
| 1 | 16.7 | 10 |
| 2 | 18.3 | 20 |
| 3 | 20 | 30 |
| 4 | 21.7 | 40 |
| 5 | 23.3 | 50 |
| Açıklama: Her 15 dakikada bir 2 dakika dinlenme aralıkları | ||
Tablo 1: İklimlendirme aşamasında eğitim rejimi.
| 5 günlük eğitim aşaması | ||
| Gün | Hız (cm/sn) | Süre(dk) |
| 1 | 25.0 | 60 |
| 2 | 25.0 | 60 |
| 3 | 25.0 | 60 |
| 4 | 25.0 | 60 |
| 5 | 25.0 | 60 |
| Açıklama: Her 15 dakikada bir 2 dakika dinlenme aralıkları | ||
Tablo 2: Eğitim aşamasında eğitim rejimi.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Mevcut kılavuzlar, kardiyovasküler risk faktörlerinin önemli bir değiştiricisi olduğu gösterildiği için düzenli fiziksel aktiviteyi önermektedir30. Ayrıca, orta derecede fiziksel aktivitenin hem birincil hem de ikincil önlemede atriyal fibrilasyona (AF) karşı koruyabileceğine dair artan sayıda kanıt vardır31,32,33. Aksine, maraton koşucuları gibi dayanıklılık sporcularının AF geliştirme riski daha yüksektir, bu da dayanıklılık eğitiminin de olumsuz etkileri olabileceğini göstermektedir34,35. Aritmi riski ile antrenman yoğunluğu arasındaki böyle bir U şeklindeki ilişki, sağlıklı sporcularda AF için açıkça gösterilmiştir 9,36,37,38 ve altta yatan kalp hastalığı olan hastalarda, ancak antrenman yoğunluğu ve aritmogenez 4,5,6,7 ile ilgili çok az şey bilinmektedir.
Bu sınırlamanın üstesinden gelmek ve hasta bakımını iyileştirmek için, kardiyak elektrofizyoloji üzerindeki egzersizle ilgili etkiler hakkında daha fazla araştırma yapılması gerekmektedir. Eğitime yanıt olarak temel mekanizmaları ve moleküler/hücresel adaptasyonları araştırmak için bir dizi hayvan türünde farklı modeller geliştirilmiştir15. Her modelin / türün içkin faydaları ve aynı zamanda sınırlamaları göz önüne alındığında, araştırmacılar her bir araştırma sorusu için en uygun olanı seçmek zorundadır; Elektrofizyoloji ve aritmi araştırmaları ile ilgili olarak fare 13,14,39,40 ve domuz modelleri yaygın olarak kullanılmaktadır 13,14,41,42,43. Domuzlarda motorlu bir koşu bandı kullanan eğitim protokolleri geliştirilmiş olmasına rağmen, (i) domuzların deneyden önce zaman ve emek yoğun bir koşullandırma gerektiren hareketsiz davranışlarının yanı sıra deney sırasında domuzları uyumlu tutmak için uyaranlar ve (ii) yaşlı domuzlarda eğitim veya uzun süre boyunca eğitim almayı engelleyebilecek vücut büyüklüğü ve ağırlığıdahil olmak üzere bir dizi önemli zorluk vardır. 44. Farelerde, motorlu koşu bandı eğitimi, VWR veya yüzme17,18 dahil olmak üzere çeşitli egzersiz protokolleri geliştirilmiştir. VWR, kemirgenlerdeki doğal koşu düzenini taklit etmesine ve yüzme ve koşu bandı eğitimi gibi zorunlu egzersiz yöntemlerine kıyasla daha az stresli olmasına rağmen, bazı dezavantajları da vardır45. VWR'nin spontan doğası, egzersiz yoğunluğunu, süresini veya sıklığını kontrol etmeye izin vermez, böylece iyi kontrol edilen deneyleri önler. Yüzme modellerinde, eğitimin süresi ve yoğunluğu kolayca düzenlenebilir, gerekli ekipman basittir ve düşük maliyetlerle temin edilebilir ve yöntem çoğu araştırma laboratuvarında kurulabilir46. Bu avantajlara rağmen, yüzme modelinde elektrofizyolojiyi incelemek zordur, çünkü şu anda yüzme sırasında EKG'yi izlemek için bir seçenek yoktur. Bu protokolde açıklanan yaklaşım, implante edilebilir bir telemetri sistemini bir koşu bandı egzersiz modeli ile birleştirir ve böylece elektrofizyoloji araştırması bağlamında diğer eğitim modellerinin sınırlamalarını aşar47,48. Bir koşu bandı kullanmak, yoğunluk (eğim eğimi ve koşu hızı) veya süresi gibi çeşitli egzersiz koşullarını kontrol etmeyi sağlar. Ek olarak, dayanıklılık egzersizi eğitimi, aralıklı antrenman ve akut egzersizler dahil olmak üzere farklı eğitim protokolleri incelenebilir. Bu protokolü takiben, fare koşu bandında çalışırken implante edilebilir telemetri vericileri kullanarak EKG'yi kaydetmek ve izlemek de artık mümkündür.
Farelerin genellikle sadece birkaç dakika isteyerek çalıştıkları göz önüne alındığında, sırtlarına küçük çubuklarla dokunmak, basınçlı hava veya elektrik uyaranları üflemek gibi uyaranlar gereklidir. Bununla birlikte, bu uyaranlar, deneysel verilerin kalitesini önemli ölçüde etkileyebilecek psikolojik strese neden olabilir. Bu nedenle, iklimlendirme aşamasında farenin koşu bandına uyum sağlamasına izin vererek, sabit bir hız artışıyla ve daha önce açıklandığı gibi minimumdan sıfıra şok yoğunluğu kullanarak bu stres faktörlerini en aza indirmeye çalıştık15,17,45.
Genel olarak, EKG'leri kaydederken, özellikle fiziksel aktivite sırasında hareket artefaktları önemli bir konudur. Önerilen protokolümüzü takiben, araştırmacılar P, Q, R, S, T'yi açıkça ayırt etmeyi ve açıklama eklemeyi sağlayan iyi kalitede EKG sinyalleri elde edebileceklerdir (Şekil 3). Böylece, kalp atış hızı, kalp atış hızı değişkenliği, PR aralığı, QRS süresi veya QT süresi gibi çeşitli EKG parametreleri, otomatik yazılım algoritmaları kullanılarak eğitim öncesinde, sırasında ve sonrasında güvenilir bir şekilde değerlendirilebilir. Ayrıca, taşiaritmi, bradiaritmi veya duraklamalar gibi aritmiler tespit edilebilir. Genellikle otonom sinir sisteminin kalp üzerindeki etkilerini araştırmak için yapılan kalp atış hızı değişkenliği analizleri27,28 yeterli R-dalgası ek açıklamasına bağlı olduğundan, veri kalitesi istirahatte ve eğitim sırasında elde edilen benzer şekilde düşük SDRR değerleri ile doğrulanabilir.
Her deneysel teknik gibi, bu yöntem de tuzaklar olmadan gelmez ve birkaç kritik adım içerir. Steril koşullar ve kısa bir ameliyat süresi, başarılı verici implantasyonu, uygun yara iyileşmesi ve ameliyat sonrası hızlı hayvan iyileşmesi için gereklidir. Dikişler çok sıkı olmamalıdır, aksi takdirde cilt nekrozuna neden olurlar. Genel olarak, cerrahi prosedür pratik deneyim gerektirir ve sonuçlar zamanla iyileşir. Kurşun konumlandırma kaydedilen ana vektörü etkiler, en iyi sonuçlar dik bir kurşun iki pozisyon ile elde edilir, çünkü daha yüksek P ve R dalgası genlikleri ile sonuçlanır, bu da daha sonraki EKG analizi için kritik gereksinimlerdir. Tüm hayvanlar isteyerek antrenman yapmadığı için fareleri eğitmek zor olabilir. Koşu bandı ortamına giriş, konveyör bant hızındaki yavaş artışlar ve örneğin gıda topakları gibi iyi eğitim davranışının olumlu yönde iyileştirilmesi de dahil olmak üzere iyi tasarlanmış bir iklimlendirme protokolü, hayvanların daha iyi eğitilmesi için şartlandırılmasına ve deneyler sırasında potansiyel olarak müdahale eden uyaranlara olan ihtiyacın azaltılmasına yardımcı olabilir. Veri kalitesini etkileyebileceğinden tüm uyaranları mutlak minimuma indirmek önemlidir. Bununla birlikte, en kritik adım, elde edilen verilerin kalitesini doğrudan belirlediği için koşu bandı eğitimi sırasında telemetri alıcısının optimum şekilde konumlandırılmasıdır. Alıcı konumu, aynı anda eğitim alan her hayvan çifti için belirlenmelidir, çünkü telemetri cihazının ve uçların tam konumuna ve ayrıca bireysel hayvanların çalışma düzenine bağlı olarak değişir. Konum, sinyal kalitesini gerçek zamanlı olarak görsel olarak değerlendirerek deneme yanılma yoluyla bulunur. Analiz edilecek tüm EKG özellikleri, deneyler başlamadan önce açıkça görülebilmelidir. Yüksek murin kalp atış hızı göz önüne alındığında, kısa kayıt sürelerinde bile birçok veri noktası birikir. Bu ve genel olarak düşük sinyal genliği, doğal olarak kemirgenlerde insanlardan veya büyük hayvanlardan daha düşük bir sinyal-gürültü oranına yol açarak, daha önce tartıştığımız gibi veri analizini son derece zor hale getirmektedir23. Telemetri ve koşu bandı eğitimi gerçekleştirmek için gereken pahalı ekipmanın yanı sıra bu protokolün önemli bir sınırlaması, cerrahi prosedür ve veri analizindeki yüksek teknik taleptir ve erişilebilirliği sahada yeni başlayanlar için sınırlar.
Özetle, EKG, kardiyak elektrofizyoloji ve aritmogenezi incelemek için mükemmel bir araçtır. İnsanlarda, egzersiz sırasında EKG'leri kaydetmek için stres testleri rutin olarak yapılır ve kardiyak elektrofizyoloji üzerindeki eğitimle ilişkili etkilerin değerlendirilmesine izin verir. Fareler araştırmada en yaygın kullanılan türlerdir, çeşitli egzersiz protokolleri geliştirilmiştir, ancak eğitim sırasında gerçek zamanlı EKG'nin izlenmesi şu ana kadar mümkün olmamıştır. Önerilen protokolümüz, farelerde ilk kez egzersiz dönemlerinde EKG kayıtlarının elde edilmesini sağlar. Bu, araştırmacıların hem yararlı kardiyak adaptasyonlara hem de maladaptif, proaritmik yeniden yapılanmaya yol açan egzersizle ilgili mekanizmaları incelemelerini sağlayacak ve böylece gelecekte hasta bakımının iyileştirilmesine neden olacaktır.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Yazarların açıklayacak hiçbir şeyi yok.
Acknowledgments
Bu çalışma Alman Araştırma Vakfı (DFG; Vasküler Tıpta Klinisyen Bilim İnsanı Programı (PRIME), MA 2186/14-1 - P. Tomsits), Alman Kardiyovasküler Araştırma Merkezi (DZHK; 81X2600255 - S. Clauss), Corona Vakfı (S199/10079/2019 - S. Clauss) ve ERA-NET - Kardiyovasküler Hastalıklar (ERA-CVD; 01KL1910 - S. Clauss). Fon verenlerin el yazması hazırlamada hiçbir rolü yoktu.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 14-gauge needle | Sterican | 584125 | |
| Any mouse | e.g. Jackson Laboratories | ||
| Bepanthen | Bayer | 1578675 | |
| Carprofen 0.005 mg/µL | Zoetis | 53716-49-7 | |
| Data Exchange Matrix 2.0 (MX2) | Data Science International | Manages communication between PhysioTel and PhysioTel HD telemetry implants and the acquisition computer. | |
| Enrofloxacin 25 mg/ml | Baytril | 400614.00.00 | |
| Fentanyl 0.5 mg/10 mL | Braun Melsungen | ||
| Fine forceps | Fine Science Tools | 11295-51 | |
| Five Lane Treadmill for Mouse | Panlab - Harvard Apparatus | 76-0896 | Includes treadmill unit, touchscreen control unit, a sponge , and cables |
| Iris scissors | Fine Science Tools | 14084-08 | |
| Isoflurane 1 mL/mL | Cp-Pharma | 31303 | |
| Isoflurane vaporizer system | Hugo Sachs Elektronik | 34-0458, 34-1030, 73-4911, 34-0415, 73-4910 | Includes an induction chamber, a gas evacuation unit and charcoal filters |
| LabChart Pro 8.1.16 | ADInstruments | ||
| Magnet | Data Science International | ||
| Modified Bain circuit | Hugo Sachs Elektronik | 73-4860 | Includes an anesthesia mask for mice |
| Modular connectors | Data Science International | Connecting cables between Reciever, Signal Interface and Matrix 2.0 (MX2) | |
| Novafil s 5-0 | Medtrocin/Covidien | 88864555-23 | |
| Octal BioAmp | ADInstruments | FE238-0239 | Amplifier for recording Surface ECG |
| Octenisept | Schülke | 121418 | |
| Oxygen 5 L | Linde | 2020175 | Includes a pressure regulator |
| PhysioTel ETA-F10 transmitter | Data Science International | ||
| PhysioTel receiver RPC-1 | Data Science International | Signal reciever | |
| Ponemah 6.42 | Data Science International | ECG Analysis Software | |
| Powerlab | ADInstruments | 3516-1277 | Suface ECG Acquisition hardware device. Includes ECG electrode leads |
| Prism 8.0.1 | Graph Pad | ||
| Radio Device (Sony AF/AM) | Sony | ||
| Signal Interface | Data Science International | Acquires and synchronizes digital signals with telemetry data in Ponemah v6.x. | |
| Spring scissors | Fine Science Tools | 91500-09 | |
| Surgical platform | Kent Scientific | SURGI-M | |
| Tergazyme 1% | Alconox | 13051.0 | Commercial cleaning solution |
| Tweezers | Kent Scientific | INS600098-2 |
References
- Halle, M., et al. Myocarditis in athletes: A clinical perspective. European Journal of Preventive Cardiology. , (2020).
- Maron, B. J., et al. Eligibility and disqualification recommendations for competitive athletes with cardiovascular abnormalities: Task force 3: Hypertrophic cardiomyopathy, arrhythmogenic right ventricular cardiomyopathy and other cardiomyopathies, and myocarditis: A scientific statement from the American Heart Association and American College of Cardiology. Circulation. 132 (22), 273-280 (2015).
- Caforio, A. L. P., et al. Current state of knowledge on aetiology, diagnosis, management, and therapy of myocarditis: a position statement of the European Society of Cardiology Working Group on Myocardial and Pericardial Diseases. European Heart Journal. 34 (33), 2636-2648 (2013).
- Eberly, L., Garg, L., Vidula, M., Reza, N., Krishnan, S. Running the risk: Exercise and arrhythmogenic cardiomyopathy. Current Treatment Options in Cardiovascular Medicine. 23 (10), 64 (2021).
- Lang, C. N., Steinfurt, J., Odening, K. E. Avoiding sports-related sudden cardiac death in children with congenital channelopathy: Recommendations for sports activities. Herz. 42 (2), 162-170 (2017).
- Maron, B. J., et al. Recommendations for physical activity and recreational sports participation for young patients with genetic cardiovascular diseases. Circulation. 109 (22), 2807-2816 (2004).
- Martinez-Sole, J., et al. Facts and gaps in exercise influence on arrhythmogenic cardiomyopathy: New insights from a meta-analysis approach. Frontiers in Cardiovascular Medicine. 8, 702560 (2021).
- Sharma, S., Merghani, A., Mont, L. Exercise and the heart: the good, the bad, and the ugly. European Heart Jorunal. 36 (23), 1445-1453 (2015).
- Guasch, E., Mont, L. Diagnosis, pathophysiology, and management of exercise-induced arrhythmias. Nature Reviews. Cardiology. 14 (2), 88-101 (2017).
- Konhilas, J. P., et al. Exercise can prevent and reverse the severity of hypertrophic cardiomyopathy. Circulation Research. 98 (4), 540-548 (2006).
- Trivedi, S. J., et al. Differing mechanisms of atrial fibrillation in athletes and non-athletes: alterations in atrial structure and function. European Heart Journal. Cardiovascular Imaging. 21 (12), 1374-1383 (2020).
- Clauss, S., et al. MicroRNAs as biomarkers for acute atrial remodeling in marathon runners (The miRathon study--A sub-study of the Munich marathon study). PLoS One. 11 (2), 0148599 (2016).
- Clauss, S., et al. Animal models of arrhythmia: classic electrophysiology to genetically modified large animals. Nature Reviews. Cardiology. 16 (8), 457-475 (2019).
- Schüttler, D., et al.
- Poole, D. C., et al. Guidelines for animal exercise and training protocols for cardiovascular studies. American Journal of Physiology. Heart and Circulatory Physiology. 318 (5), 1100-1138 (2020).
- Pynn, M., Schafer, K., Konstantinides, S., Halle, M. Exercise training reduces neointimal growth and stabilizes vascular lesions developing after injury in apolipoprotein e-deficient mice. Circulation. 109 (3), 386-392 (2004).
- Wang, Y., Wisloff, U., Kemi, O. J. Animal models in the study of exercise-induced cardiac hypertrophy. Physiological Research. 59 (5), 633-644 (2010).
- Massett, M. P., Matejka, C., Kim, H. Systematic review and meta-analysis of endurance exercise training protocols for mice. Frontiers in Physiology. 12, 782695 (2021).
- Ha, T. W., Oh, B., Kang, J. O. Electrocardiogram recordings in anesthetized mice using lead II. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (160), e61583 (2020).
- Mongue-Din, H., Salmon, A., Fiszman, M. Y., Fromes, Y. Non-invasive restrained ECG recording in conscious small rodents: a new tool for cardiac electrical activity investigation. Pflugers Archiv: European Journal of Physiology. 454 (1), 165-171 (2007).
- Chu, V., et al. Method for non-invasively recording electrocardiograms in conscious mice. BMC Physiology. 1, 6 (2001).
- Sato, S. Multi-dry-electrode plate sensor for non-invasive electrocardiogram and heart rate monitoring for the assessment of drug responses in freely behaving mice. Journal of Pharmacological and Toxicological Methods. 97, 29-35 (2019).
- Tomsits, P., et al. Analyzing long-term electrocardiography recordings to detect arrhythmias in mice. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (171), e62386 (2021).
- Gkrouzoudi, A., Tsingotjidou, A., Jirkof, P. A systematic review on the reporting quality in mouse telemetry implantation surgery using electrocardiogram recording devices. Physiology & Behavior. 244, 113645 (2022).
- Russell, D. M., McCormick, D., Taberner, A. J., Malpas, S. C., Budgett, D. M. A high bandwidth fully implantable mouse telemetry system for chronic ECG measurement. Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society. Annual International Conference. 2011, 7666-7669 (2011).
- McCauley, M. D., Wehrens, X. H.
- Thireau, J., Zhang, B. L., Poisson, D., Babuty, D. Heart rate variability in mice: a theoretical and practical guide. Experimental Physiology. 93 (1), 83-94 (2008).
- Kaese, S., Verheule, S. Cardiac electrophysiology in mice: a matter of size. Frontiers in Physiology. 3, 345 (2012).
- Roussel, J., et al. The complex QT/RR relationship in mice. Scientific Reports. 6, 25388 (2016).
- Visseren, F. L. J., et al. ESC Guidelines on cardiovascular disease prevention in clinical practice: Developed by the Task Force for cardiovascular disease prevention in clinical practice with representatives of the European Society of Cardiology and 12 medical societies With the special contribution of the European Association of Preventive Cardiology (EAPC). European Heart Journal. 42 (34), 3227 (2021).
- Buckley, B. J. R., Lip, G. Y. H., Thijssen, D. H. J. The counterintuitive role of exercise in the prevention and cause of atrial fibrillation. American Journal of Physiology. Heart and Circulatory Physiology. 319 (5), 1051-1058 (2020).
- Elliott, A. D., et al. Association between physical activity and risk of incident arrhythmias in 402 406 individuals: evidence from the UK Biobank cohort. European Heart Journal. 41 (15), 1479-1486 (2020).
- Qureshi, W. T., et al. Cardiorespiratory fitness and risk of incident atrial fibrillation: Results from the Henry Ford Exercise Testing (FIT) project. Circulation. 131 (21), 1827-1834 (2015).
- Abdulla, J., Nielsen, J. R. Is the risk of atrial fibrillation higher in athletes than in the general population? A systematic review and meta-analysis. Europace: European pacing, arrhythmias, and cardiac electrophysiology of the European Society of Cardiology. 11 (9), 1156-1159 (2009).
- Centurion, O. A., et al. The association between atrial fibrillation and endurance physical activity: How much is too much. Journal of Atrial Fibrillation. 12 (3), 2167 (2019).
- Calvo, N., et al. Emerging risk factors and the dose-response relationship between physical activity and lone atrial fibrillation: a prospective case-control study. Europace: European pacing, arrhythmias, and cardiac electrophysiology of the European Society of Cardiology. 18 (1), 57-63 (2016).
- Khan, H., et al. Cardiorespiratory fitness and atrial fibrillation: A population-based follow-up study. Heart Rhythm. 12 (7), 1424-1430 (2015).
- Morseth, B., et al. Physical activity, resting heart rate, and atrial fibrillation: the Tromso Study. European Heart Journal. 37 (29), 2307-2313 (2016).
- Hulsmans, M., et al. Macrophages facilitate electrical conduction in the heart. Cell. 169 (3), 510-522 (2017).
- Xiao, L., et al. Ibrutinib-mediated atrial fibrillation attributable to inhibition of C-terminal Src kinase. Circulation. 142 (25), 2443-2455 (2020).
- Clauss, S., et al. Characterization of a porcine model of atrial arrhythmogenicity in the context of ischaemic heart failure. PLoS One. 15 (5), 0232374 (2020).
- Renner, S., et al. Porcine models for studying complications and organ crosstalk in diabetes mellitus. Cell and Tissue Research. 380 (2), 341-378 (2020).
- Schuttler, D., et al. A practical guide to setting up pig models for cardiovascular catheterization, electrophysiological assessment and heart disease research. Lab Animal (NY). 51 (2), 46-67 (2022).
- De Wijs-Meijler, D. P., et al. Surgical placement of catheters for long-term cardiovascular exercise testing in swine. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (108), e53772 (2016).
- Borzsei, D., et al. Multiple applications of different exercise modalities with rodents. Oxidative Medicine and Cellular Longevity. 2021, 3898710 (2021).
- Kaplan, M. L., et al. Cardiac adaptations to chronic exercise in mice. The American Journal of Physiology. 267 (3), Pt 2 1167-1173 (1994).
- Fewell, J. G., et al. A treadmill exercise regimen for identifying cardiovascular phenotypes in transgenic mice. The American Journal of Physiology. 273 (3), Pt 2 1595-1605 (1997).
- Kemi, O. J., Loennechen, J. P., Wisloff, U., Ellingsen, O. Intensity-controlled treadmill running in mice: cardiac and skeletal muscle hypertrophy. Journal of Applied Physiology. 93 (4), Bethesda. Md. 1301-1309 (2002).
